Tredimensjonal preoperativ virtuell planlegging ved derotasjonsproksimal femurosteotomi

Summary

Dette arbeidet presenterer en detaljert kirurgisk planleggingsprotokoll ved hjelp av 3D-teknologi med gratis programvare med åpen kildekode. Denne protokollen kan brukes til å kvantifisere femorale anteversjon korrekt og simulere derotasjonsproksimal femoral osteotomi for behandling av fremre knesmerter.

Abstract

Anterior knesmerter (AKP) er en vanlig patologi blant ungdom og voksne. Økt femoralanteversjon (FAV) har mange kliniske manifestasjoner, inkludert AKP. Det er økende bevis for at økt FAV spiller en viktig rolle i opprinnelsen til AKP. Videre tyder det samme beviset på at deroterende femoral osteotomi er gunstig for disse pasientene, da gode kliniske resultater er rapportert. Imidlertid er denne typen operasjon ikke mye brukt blant ortopediske kirurger.

Det første trinnet i å tiltrekke ortopediske kirurger til feltet rotasjonsosteotomi er å gi dem en metodikk som forenkler preoperativ kirurgisk planlegging og muliggjør previsualisering av resultatene av kirurgiske inngrep på datamaskiner. Derfor bruker arbeidsgruppen vår 3D-teknologi. Bildedatasettet som brukes til kirurgisk planlegging er basert på CT-skanning av pasienten. Denne 3D-metoden er åpen tilgang (OA), noe som betyr at den er tilgjengelig for enhver ortopedisk kirurg uten økonomisk kostnad. Videre tillater det ikke bare kvantifisering av femoral torsjon, men også for å utføre virtuell kirurgisk planlegging. Interessant nok viser denne 3D-teknologien at størrelsen på den intertrokantære roterende femorale osteotomien ikke presenterer et 1: 1-forhold med korreksjonen av deformiteten. I tillegg tillater denne teknologien justering av osteotomien slik at forholdet mellom størrelsen på osteotomien og korreksjonen av deformiteten er 1: 1. Dette dokumentet beskriver denne 3D-protokollen.

Introduction

Anterior knesmerter (AKP) er et vanlig klinisk problem blant ungdom og unge voksne. Det er et økende bevismateriale for at økt femoral anteversjon (FAV) spiller en viktig rolle i opprinnelsen til AKP 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . I tillegg tyder det samme beviset på at en deroterende femoral osteotomi er gunstig for disse pasientene, da gode kliniske resultater er rapportert 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . Denne typen kirurgi er imidlertid lite brukt i daglig klinisk praksis blant ortopediske kirurger, spesielt når det gjelder ungdom og unge aktive pasienter med fremre knesmerter²⁷, fordi de mange kontroversielle aspektene genererer usikkerhet. For eksempel har det blitt observert at noen ganger er korreksjonen oppnådd etter osteotomi ikke det som tidligere var planlagt. Det vil si at det ikke alltid er et 1: 1-forhold mellom mengden rotasjon planlagt når du utfører osteotomi og mengden FAV korrigert. Dette funnet er hittil ikke studert. Derfor er det gjenstand for denne artikkelen. For å forklare uoverensstemmelsen mellom størrelsen på rotasjonen utført med osteotomi og størrelsen på korreksjonen av FAV, ble det hypoteset at rotasjonsaksen til osteotomien og lårbenets rotasjonsakse kanskje ikke sammenfaller.

Et av hovedproblemene som skal tas opp, er nøyaktig lokalisering av lårbensaksen og rotasjonsaksen til osteotomien. Den første femoralaksen er femoralaksen målt på CT-undersøkelsen på tidspunktet for pasientens diagnose, mens den andre femoralaksen er femoralaksen målt etter å ha utført osteotomien. I løpet av det siste tiåret har 3D-teknologi blitt stadig viktigere i preoperativ planlegging, spesielt innen ortopedisk kirurgi og traumatologi, for å forenkle og optimalisere kirurgiske teknikker^15,16. Utviklingen av 3D-teknologi har støttet etableringen av anatomiske biomodeller basert på 3D-bildebehandlingstester som CT, der tilpassede proteseimplantater kan tilpasses^17,18,19 og osteosynteseplater kan støpes ved brudd^20,21,22. I tillegg har 3D-planlegging allerede blitt brukt i tidligere studier for å analysere opprinnelsen til deformiteten i ensidige torsjonsendringer av lårbenet¹⁴. For tiden er det flere programmer som er helt gratis og kan tilpasses de fleste datamaskiner og 3D-skrivere på markedet, noe som gjør denne teknologien lett tilgjengelig for de fleste kirurger i verden. Denne 3D-planleggingen muliggjør nøyaktig beregning av lårbenets første rotasjonsakse og lårbenets rotasjonsakse etter at intertrokantær osteotomi er utført. Hovedformålet med denne studien er å demonstrere at rotasjonsaksen til lårbenets intertrokantære osteotomi og lårbenets rotasjonsakse ikke sammenfaller. Denne 3D-teknologien gjør det mulig å visualisere denne uoverensstemmelsen mellom aksene og korrigere den gjennom en justering av osteotomien. Det endelige målet er å stimulere til større interesse fra ortopediske kirurger for denne typen kirurgi.

Denne protokollen med en 3D-metodikk utføres i fire grunnleggende trinn. Først lastes CT-bilder ned, og 3D-biomodellen opprettes fra DICOM-filene (Digital Imaging and Communication in Medicine) i CT-skanningen. CT-skanning av høyere kvalitet gir bedre biomodeller, men betyr at pasienten mottar mer ioniserende stråling. For kirurgisk planlegging med biomodeller er kvaliteten på konvensjonell CT tilstrekkelig. DICOM-bildet av en CT-skanning består av en mappe med mange forskjellige filer, med en fil for hvert CT-kutt som gjøres. Hver av disse filene inneholder ikke bare CT-kuttets grafiske informasjon, men også metadataene (data knyttet til bildet). For å åpne bildet er det viktig å ha en mappe med alle filene i serien (CT). Biomodellen er hentet fra totaliteten av filene.

For det andre, for å få 3D-biomodellen, er det nødvendig å laste ned dataprogrammet 3D Slicer, et open source-program med mange verktøy. Videre er dette den mest brukte dataprogramvaren i internasjonale 3D-laboratorier og har fordelen av å være helt gratis og nedlastbar fra hovedsiden. Siden denne programvaren er en røntgenbildeviser, må DICOM-bildet importeres til programmet.

For det tredje vil den første biomodellen oppnådd med 3D Slicer ikke samsvare med den definitive, fordi det vil være regioner som CT-bordet eller bein og myke deler i nærheten som ikke er av interesse. Biomodellen blir “renset” nesten automatisk med 3D-designprogramvaren, MeshMixer, som også kan lastes ned direkte fra sin offisielle nettside gratis. Til slutt beregnes femoral anteversjon, og osteotomien simuleres ved hjelp av en annen gratis programvare fra Windows Store, 3D Builder.

Protocol

Studien er godkjent av etisk komité ved vår institusjon (referanse 2020-277-1). Pasienter signerte CT-skanningen informert samtykke. 1. Laste ned CT-bildene Få tilgang til et bildearkiverings- og kommunikasjonssystem (PACS).MERK: Hver programvarepakke har en annen måte å få tilgang til en PACS på, men alle har en måte å laste ned en studie i DICOM-formatet. Hvis det er spørsmål om hvordan dette gjøres, spør systemadministratoren av senteret eller rad…

Representative Results

Femoral anteversjon kan måles ved forskjellige metoder. Noen av dem fokuserer på lårhalsen, ved å bruke linjen som går gjennom midten av nakken og en som går gjennom lårkondylene som referanser. Andre legger til et tredje referansepunkt ved den mindre trokanteren23. Murphys metode, som er den mest pålitelige i klinisk praksis fordi den har det beste klinisk-radiologiske forholdet, er en slik metode som bruker et tredje referansepunkt25,26<sup class="xref"…

Discussion

Det viktigste funnet i denne studien er at 3D-teknologi muliggjør planlegging av proksimal ekstern derotasjons femurosteotomi. Denne teknologien kan simulere operasjonen som skal utføres på en bestemt pasient på datamaskinen. Det er en enkel, reproduserbar og gratis teknikk som bruker programvare som kan tilpasses de fleste datamaskiner. Det eneste tekniske problemet kan være at 3D-byggmesterprogramvaren bare fungerer med Windows-operativsystemet. Den største begrensningen er læringskurven. Denne protokollen er fo…

Materials

3D Builder	Microsoft Corporation, Washington, USA		open-source program; https://apps.microsoft.com/store/detail/3d-builder/9WZDNCRFJ3T6?hl=en-us&gl=us
3D Slicer	3D Slicer Harvard Medical School, Massachusetts, USA		open-source program; https://download.slicer.org
MeshMixer	Autodesk Inc		open-source program; https://meshmixer.com/download.html